Name: application of a coupling agent to improve the dielectric properties of polymer-based nanocomposites
Uploaded: 2020-09-19T13:00:00
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Diese Arbeit wurde von der Taiyuan University of Science and Technology Scientific Research Initial Funding (20182028), der Gründungsgründung der Provinz Shanxi (20192006), der Natural Science Foundation of Shanxi Province (201703D111003), dem Science and Technology Major Project of Shanxi Province (MC2016-01) und dem Projekt U610256 unterstützt, unterstützt von der National Natural Science Foundation of China, unterstützt.

1. Oberflächenmodifikation von BT-Füllstoffen
<ol><li>Bereiten Sie 20 ml KH550-Lösung (1 Gew.-/ KH550 in 95 Gew.-Ethanol-Wasser-Lösungsmittel) und Ultraschall für 15 min vor.</li>
	<li>Wiegen Sie BT-Nanopartikel (d. h. den Füllstoff) bzw. KH550, so dass Füllstoffe mit 1, 2, 3, 4, 5 Gew. des Kupplungsmittels beschichtet werden können. Behandeln Sie 1 g BT-Nanopartikel in 1,057, 2.114, 3.171, 4.228 und 5,285 ml KH550-Lösung durch 30 min Ultraschall.</li>
	<li>Das Wasser-Ethanol-Lösungsmittel aus dem Gemisch bei...

<ol>
	<li>Lines, M. E., Glass, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Principles and applications of ferroelectrics and related materials. , (2001).</li><li>Nalwa, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of low and high dielectric permittivity materials and their applications, phenomena, properties and applications. , (1999).</li><li>Kao, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Dielectric phenomena in solids. , (2004).</li><li>Tong, Y., Li, L., Liu, J., Zhang, K., Jiang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+coupling+agent+on+the+microstructure+and+dielectric+properties+of+free-standing+ceramic-polymer+composites.">Influence of coupling agent on the microstructure and dielectric properties of free-standing ceramic-polymer composites.</a> Materials Research Express. 6 (9), 095322 (2019).</li><li>Zhang, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+functionalization+of+poly(4-methyl-1-pentene)+films+for+high+energy+storage+applications.">Controlled functionalization of poly(4-methyl-1-pentene) films for high energy storage applications.</a> Journal of Materials Chemistry A. 4 (13), 4797-4807 (2016).</li><li>Zhang, L., Cheng, Z. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+polymer-based+0-3+composites+with+high+dielectric+constant.">Development of polymer-based 0-3 composites with high dielectric constant.</a> Journal of Advanced Dielectrics. 1 (04), 389-406 (2011).</li><li>Barsoum, M., Barsoum, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fundamentals of ceramics. , (2002).</li><li>Jaffe, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Piezoelectric ceramics. , (2012).</li><li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=All-organic+dielectric+nanocomposites+using+conducting+polypyrrole+nanoclips+as+filler.">All-organic dielectric nanocomposites using conducting polypyrrole nanoclips as filler.</a> Composites Science Technology. 167, 285-293 (2018).</li><li>Liao, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+hdC-G+reinforced+polyimide+composites+with+high+dielectric+permittivity.">Flexible hdC-G reinforced polyimide composites with high dielectric permittivity.</a> Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 101, 50-58 (2017).</li><li>Xu, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+foldable+PANi@+CNTs/PU+dielectric+composites+toward+thin-film+capacitor+application.">Highly foldable PANi@ CNTs/PU dielectric composites toward thin-film capacitor application.</a> Materials Letters. 192, 25-28 (2017).</li><li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nano-clip+based+composites+with+a+low+percolation+threshold+and+high+dielectric+constant.">Nano-clip based composites with a low percolation threshold and high dielectric constant.</a> Nano Energy. 26, 550-557 (2016).</li><li>Zhou, S., Zhou, G., Jiang, S., Fan, P., Hou, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+and+refractory+tantalum+carbide-carbon+electrospun+nanofibers+with+high+modulus+and+electric+conductivity.">Flexible and refractory tantalum carbide-carbon electrospun nanofibers with high modulus and electric conductivity.</a> Materials Letters. 200, 97-100 (2017).</li><li>Zhang, L., Du, W., Nautiyal, A., Liu, Z., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+progress+on+nanostructured+conducting+polymers+and+composites:+synthesis,+application+and+future+aspects.">Recent progress on nanostructured conducting polymers and composites: synthesis, application and future aspects.</a> Science China Materials. 61 (3), 303-352 (2018).</li><li>Xie, Y., Yu, Y., Feng, Y., Jiang, W., Zhang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+Stretchable+Nanocomposites+with+High+Energy+Density+and+Low+Loss+from+Cross-Linked+PVDF+Filled+with+Poly(dopamine)+Encapsulated+BaTiO3.">Fabrication of Stretchable Nanocomposites with High Energy Density and Low Loss from Cross-Linked PVDF Filled with Poly(dopamine) Encapsulated BaTiO3.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 9 (3), 2995-3005 (2017).</li><li>Zhang, L., Wu, P., Li, Y., Cheng, Z. Y., Brewer, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+process+and+dielectric+properties+of+Ba0.5Sr0.5TiO3-P(VDF-CTFE)+nanocomposites.">Preparation process and dielectric properties of Ba0.5Sr0.5TiO3-P(VDF-CTFE) nanocomposites.</a> Composite Part B: Engineering. 56, 284-289 (2014).</li><li>Dang, Z. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamentals,+processes+and+applications+of+high-permittivity+polymer-matrix+composites.">Fundamentals, processes and applications of high-permittivity polymer-matrix composites.</a> Progress in Materials Science. 57 (4), 660-723 (2012).</li><li>Wu, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+coupling+agents+on+the+dielectric+properties+and+energy+storage+of+Ba0.5Sr0.5TiO3/P(VDF-CTFE)+nanocomposites.">Effect of coupling agents on the dielectric properties and energy storage of Ba0.5Sr0.5TiO3/P(VDF-CTFE) nanocomposites.</a> AIP Advances. 7 (7), 075210 (2017).</li><li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Process+and+microstructure+to+achieve+ultra-high+dielectric+constant+in+ceramic-polymer+composites.">Process and microstructure to achieve ultra-high dielectric constant in ceramic-polymer composites.</a> Scientific Reports. 6, 35763 (2016).</li><li>Lu, X., Tong, Y., Cheng, Z. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+characterization+of+free-standing,+flexible+and+translucent+BaTiO3-P+(VDF-CTFE)+nanocomposite+films.">Fabrication and characterization of free-standing, flexible and translucent BaTiO3-P (VDF-CTFE) nanocomposite films.</a> Journal of Alloys and Compounds. 770, 327-334 (2019).</li><li>Goyal, R. K., Katkade, S. S., Mule, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric,+mechanical+and+thermal+properties+of+polymer/BaTiO3+composites+for+embedded+capacitor.">Dielectric, mechanical and thermal properties of polymer/BaTiO3 composites for embedded capacitor.</a> Composites Part B: Engineering. 44 (1), 128-132 (2013).</li><li>Pan, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+discharge+and+highenergy+density+of+nanocomposite+capacitors+using+Ba0.6Sr0.4TiO3nanofibers.">Fast discharge and highenergy density of nanocomposite capacitors using Ba0.6Sr0.4TiO3nanofibers.</a> Ceramics International. 42 (13), 14667-14674 (2016).</li><li>Hu, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+dielectric+properties+of+poly(vinylidene+fluoride)/Ba0.6Sr0.4TiO3+composites.">Preparation and dielectric properties of poly(vinylidene fluoride)/Ba0.6Sr0.4TiO3 composites.</a> Journal of Alloys and Compounds. 619, 686-692 (2015).</li><li>Chen, Y., Chan, H. L. W., Choy, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocrystalline+lead+titanate+and+lead+titanate/vinylidene+fluoride-trifluoroethylene+0-3+nanocomposites.">Nanocrystalline lead titanate and lead titanate/vinylidene fluoride-trifluoroethylene 0-3 nanocomposites.</a> Journal of the American Ceramic Society. 81 (5), 1231-1236 (1998).</li><li>Singh, P., Borkar, H., Singh, B. P., Singh, V. N., Kumar, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ferroelectric+polymer-ceramic+composite+thick+films+for+energy+storage+applications.">Ferroelectric polymer-ceramic composite thick films for energy storage applications.</a> AIP advances. 4 (8), 087117 (2014).</li><li>Dang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamentals,+processes+and+applications+of+high-permittivity+polymer-matrix+composites.">Fundamentals, processes and applications of high-permittivity polymer-matrix composites.</a> Progress in Materials Science. 57 (4), 660-723 (2012).</li><li>Arbatti, M., Shan, X. B., Cheng, Z. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ceramic-Polymer+Composites+with+High+Dielectric+Constant.">Ceramic-Polymer Composites with High Dielectric Constant.</a> Advanced Materials. 19 (10), 1369-1372 (2007).</li><li>Fan, B., Liu, Y., He, D., Bai, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Achieving+polydimethylsiloxane/carbon+nanotube+(PDMS/CNT)+composites+with+extremely+low+dielectric+loss+and+adjustable+dielectric+constant+by+sandwich+structure.">Achieving polydimethylsiloxane/carbon nanotube (PDMS/CNT) composites with extremely low dielectric loss and adjustable dielectric constant by sandwich structure.</a> Applied Physics Letters. 112 (5), 052902 (2018).</li><li>Liao, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+surface-modified+TiO2+nanorod+array/P(VDF-HFP)+dielectric+capacitor+with+ultra-high+energy+density+and+efficiency.">A surface-modified TiO2 nanorod array/P(VDF-HFP) dielectric capacitor with ultra-high energy density and efficiency.</a> Journal of Materials Chemistry C. 5 (48), 12777-12784 (2017).</li><li>Mittal, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Silanes and Other Coupling Agents. 3, (2004).</li><li>Zhang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superior+Energy+Storage+Performances+of+Polymer+Nanocomposites+via+Modification+of+Filler/Polymer+Interfaces.">Superior Energy Storage Performances of Polymer Nanocomposites via Modification of Filler/Polymer Interfaces.</a> Advanced Materials Interfaces. 5 (11), 1800096 (2018).</li><li>Yeh, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+and+optical+properties+of+PMMA-titania+hybrid+materials+prepared+by+sol-gel+approach+with+HEMA+as+coupling+agent.">Thermal and optical properties of PMMA-titania hybrid materials prepared by sol-gel approach with HEMA as coupling agent.</a> Journal of Applied Polymer Science. 94 (1), 400-405 (2004).</li><li>Yang, C., Song, H. S., Liu, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+coupling+agents+on+the+dielectric+properties+of+CaCu3Ti4O12/PVDF+composites.">Effect of coupling agents on the dielectric properties of CaCu3Ti4O12/PVDF composites.</a> Composites Part B: Engineering. 50, 180-186 (2013).</li><li>Iijima, M., Sato, N., Lenggoro, I. W., Kamiya, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+Modification+of+BaTiO3+Particles+by+Silane+Coupling+Agents+in+Different+Solvents+and+Their+Effect+on+Dielectric+Properties+of+BaTiO3/Epoxy+Composites.">Surface Modification of BaTiO3 Particles by Silane Coupling Agents in Different Solvents and Their Effect on Dielectric Properties of BaTiO3/Epoxy Composites.</a> Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 352 (1-3), 88-93 (2009).</li><li>Zhang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+Dielectric+Tunability+of+Ba0.6Sr0.4TiO3/Poly(vinylidene+fluoride)+Composites+via+Interface+Modification+by+Silane+Coupling.">Enhanced Dielectric Tunability of Ba0.6Sr0.4TiO3/Poly(vinylidene fluoride) Composites via Interface Modification by Silane Coupling.</a> Agent. Composites Science and Technology. 129, 93-100 (2016).</li><li>Dang, Z. M., Wang, H. Y., Xu, H. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+Silane+Coupling+Agent+on+Morphology+and+Dielectric+Property+in+BaTiO3/Polyvinylidene+fluoride+Composites.">Influence of Silane Coupling Agent on Morphology and Dielectric Property in BaTiO3/Polyvinylidene fluoride Composites.</a> Applied Physics Letters. 89 (11), 112902 (2006).</li><li>Tong, Y., Zhang, L., Bass, P., Rolin, T. D., Cheng, Z. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+silane+coupling+agent+on+microstructure+and+properties+of+CCTO-P(VDF-CTFE)+composites.">Influence of silane coupling agent on microstructure and properties of CCTO-P(VDF-CTFE) composites.</a> Journal of Advanced Dielectrics. 8 (02), 1850008 (2018).</li><li>Shan, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> High dielectric constant 0-3 ceramic-polymer composites. , (2009).</li></ol>

Wie bereits erwähnt, könnte das durch diese Arbeit entwickelte Verfahren die Energiespeicherleistung von Keramik-Polymer-Nanokompositen erfolgreich verbessern. Um die Wirkung eines solchen Verfahrens zu optimieren, ist es wichtig, die Menge des Kupplungsmittels zu steuern, das bei der Keramik-Oberflächen-Modifikation verwendet wird. Bei keramischen Nanopartikeln mit einem Durchmesser von 200 nm wurde experimentell festgestellt, dass 2 Gew. KH550 zu einer maximalen Energiedichte führen könnte. Bei anderen Verbundsyst...

Die in elektrischen Energiespeichern eingesetzten Dielektrika sind hauptsächlich durch zwei wichtige Parameter gekennzeichnet: die Dielektrizitätskonstante (sr) und die Abbaufestigkeit (Eb)1,2,3. Im Allgemeinen weisen organische Materialien wie Polypropylen (PP) ein hohes E b (ca.r 102 MV/m) und ein niedriges E (meist <5)4,5,6 auf, während anorganische Materialien, insbesondere Ferroelektriker wie BaTiO3,ein hohes E (103-104) und ein niedriges Eb (ca. 100 MV/m)6,7,8aufweisen.r In einigen Anwendungen sind Flexibilität und die Fähigkeit, hohen mechanischen Stößen standzuhalten, auch für die Herstellung von dielektrischen Kondensatorenwichtig 4. Daher ist es wichtig, Methoden zur Herstellung von polymerbasierten dielektrischen Verbundwerkstoffen zu entwickeln, insbesondere für die Entwicklung kostengünstiger Methoden zur Herstellung von Hochleistungs-Nanokompositen mit hoher Leistungund Eb9,10,11,12,13,14,15,16,17,18. Zu diesem Zweck sind Zubereitungsverfahren auf Basis ferroelektrischer Polymermatrizen wie dem polaren Polymer PVDFr und seinen korrelierten Copolymeren aufgrund ihrer höheren R (10)4,19,20weithin anerkannt. In diesen Nanokompositen, Partikel mit hohen e r, vor allem ferroelektrische Keramik, wurden weit verbreitet als Füllstoffe6,20,21,22,23,24,25.
Bei der Entwicklung von Verfahren zur Herstellung von Keram-Polymer-Verbundwerkstoffen besteht die allgemeine Sorge, dass die dielektrischen Eigenschaften durch die Verteilung der Füllstoffe signifikant beeinflusst werden können26. Die Homogenität von dielektrischen Verbundwerkstoffen wird nicht nur durch die Aufbereitungsmethoden bestimmt, sondern auch durch die Benetzbarkeit zwischen Matrix und Füllstoffen27. Es wurde durch viele Studien bewiesen, dass die Ungleichmäßigkeit von Keramik-Polymer-Verbundwerkstoffen durch physikalische Prozesse wie Spin-Coating28,29 und Heißpressung19,26eliminiert werden kann. Keiner dieser beiden Prozesse ändert jedoch die Oberflächenverbindung zwischen Füllstoffen und Matrizen. daher sind die mit diesen Methoden hergestellten Verbundwerkstoffe noch in der Verbesserung der Erzeugnisse rund Eb19,27beschränkt. Darüber hinaus sind aus Fertigungssicht unbequeme Prozesse für viele Anwendungen unerwünscht, da sie zu viel komplexeren Fertigungsprozessen führen können28,29. In dieser Hinsicht ist eine einfache und wirksame Methode erforderlich.
Derzeit basiert die effektivste Methode zur Verbesserung der Verträglichkeit von Keramik-Polymer-Nanokompositen auf der Behandlung von keramischen Nanopartikeln, die die Oberflächenchemie zwischen Füllstoffen und Matrizen30,31ändert. Jüngste Studien haben gezeigt, dass Kopplungsmittel leicht auf keramischen Nanopartikeln beschichtet werden können und effektiv die Benetzbarkeit zwischen Füllstoffen und Matrizen verändern können, ohne den Gießprozess32,33,34,35,36zu beeinflussen. Für die Oberflächenmodifikation ist allgemein anerkannt, daß für jedes Verbundsystem eine geeignete Menge an Kupplungsmittel vorhanden ist, was einer maximalen Erhöhung der Energiespeicherdichte37entspricht; überschüssiges Kupplungsmittel in Verbundwerkstoffen kann zu einem Leistungsrückgang der Produkte36,37,38führen. Bei dielektrischen Verbundwerkstoffen, die nanogroße Keramikfüllstoffe verwenden, wird spekuliert, dass die Wirksamkeit des Kopplungsmittels hauptsächlich von der Oberfläche der Füllstoffe abhängt. Die kritische Menge, die in jedem nanogroßen System verwendet werden soll, muss jedoch noch ermittelt werden. Kurz gesagt, weitere Forschung ist erforderlich, um Kupplungsmittel zu verwenden, um einfache Verfahren für die Herstellung von Keramen-Polymer-Nanokompositen zu entwickeln.
In dieser Arbeit wurde BaTiO3 (BT), das am weitesten untersuchte ferroelektrische Material mit hoher Dielektrizitätskonstante, als Füllstoff verwendet, und das P(VDF-CTFE) 91/9 mol% Copolymer (VC91) wurde als Polymermatrix für die Herstellung von Keramik-Polymer-Verbundwerkstoffen verwendet. Um die Oberfläche der BT-Nanofüller zu verändern, wurde das handelsübliche 3-Aminopropyltriethoxysilan (KH550) gekauft und als Kopplungsmittel verwendet. Die kritische Menge des Nanokompositsystems wurde durch eine Reihe von Experimenten bestimmt. Eine einfache, kostengünstige und weit verbreitete Methode zur Verbesserung der Energiedichte von nanoskastelligen Verbundsystemen wird demonstriert.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:827px;" width="826">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">3-Aminopropyltriethoxysilane (KH550)</td>
			<td style="width:184px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">440140</td>
			<td style="width:223px;">Liquid, Assay: 99%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">95 wt.% ethanol-water</td>
			<td style="width:184px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">459836</td>
			<td>Liquid, Assay: 99.5%</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:259px;">BaTiO3 nanoparticles</td>
			<td style="width:184px;">US Research Nanomaterials</td>
			<td style="width:161px;">US3830</td>
			<td>In a diameter of about 200 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">Ferroelectric tester</td>
			<td style="width:184px;">Radiant</td>
			<td style="width:161px;">Precision-LC100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">Glass substrates</td>
			<td style="width:184px;">Citoglas</td>
			<td style="width:161px;">16397</td>
			<td>75 x 25 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">Gold coater</td>
			<td style="width:184px;">Pelco</td>
			<td style="width:161px;">SC-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">High voltage supplier</td>
			<td style="width:184px;">Trek</td>
			<td style="width:161px;">610D</td>
			<td>10 kV</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">Impedance analyzer</td>
			<td style="width:184px;">Keysight</td>
			<td style="width:161px;">4294A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">N, N dimethylformamide</td>
			<td style="width:184px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:161px;">GEN002007</td>
			<td>Liquid</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">P(VDF-CTFE) 91/9 mol.% copolymer</td>
			<td style="width:184px;"></td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">Scanning Electron Microscopy (SEM)</td>
			<td style="width:184px;">JEOL</td>
			<td style="width:161px;">JSM-7000F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:259px;">Vacuum oven</td>
			<td style="width:184px;">Heefei Kejing Materials Technology Co, Ltd</td>
			<td style="width:161px;">DZF-6020</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

application of a coupling agent to improve the dielectric properties of polymer-based nanocomposites

In dieser Arbeit wurde ein einfaches, kostengünstiges und weit verbreitetes Verfahren entwickelt, um die Kompatibilität zwischen den Keramikfüllstoffen und der Polymermatrix zu verbessern, indem 3-Aminopropyltriethoxysilan (KH550) als Kopplungsmittel während des Herstellungsprozesses von BaTiO 3-P(VDF-CTFE) Nanokompositen durch Lösungsguss hinzugefügt wurde.3 Die Ergebnisse zeigen, dass die Verwendung von KH550 die Oberfläche von keramischen Nanofillern verändern kann; Daher wurde eine gute Benetzbarkeit an der Keramik-Polymer-Schnittstelle erreicht und die verbesserten Energiespeicherleistungen durch eine geeignete Menge des Kupplungsmittels erreicht. Mit dieser Methode können flexible Verbundwerkstoffe zubereitet werden, was für die Herstellung von Hochleistungsfilmkondensatoren sehr wünschenswert ist. Bei Verwendung eines übermäßigen Kopplungsmittels kann das nicht angeschlossene Kupplungsmittel an komplexen Reaktionen teilnehmen, was zu einer Abnahme der Dielektrizitätskonstante und einer Zunahme des Dielektrizitätsverlustes führt.

Die freistehenden Nanokompositfolien mit unterschiedlichen Füllstoffinhalten wurden erfolgreich wie im Protokoll beschrieben hergestellt und als xBT-VC91 gekennzeichnet, wobei x der Volumenprozentsatz von BT in den Verbundwerkstoffen ist. Die Wirkung von KH550 (Kupplungsmittel) auf die Morphologie und Mikrostruktur dieser BT-VC91-Filme wurde von SEM untersucht und in Abbildung 1dargestellt. Die SEM-Bilder von 30BT-VC91-Nanokompositen mit 1 und 5 Gew%-Kupplungsmittel sind in <strong class="x...

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Application of a Coupling Agent to Improve the Dielectric Properties of Polymer-Based Nanocomposites

Hier zeigen wir ein einfaches und kostengünstiges Lösungsgussverfahren, um die Kompatibilität zwischen dem Füllstoff und der Matrix3 polymerbasierter Nanokompositen mit oberflächenmodifizierten BaTiO 3-Füllstoffen zu verbessern, die die Energiedichte der Verbundwerkstoffe effektiv erhöhen können.

Anwendung eines Kupplungsmittels zur Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften polymerbasierter Nanokompositen

In this work, an easy, low-cost, and widely applicable method was developed to improve the compatibility between the ceramic fillers and the polymer ...

Es wurde nachgewiesen, dass die Verwendung von kommerziellen Kupplungsmitteln die Oberfläche von keramischen Nanofüllern verändern konnte, so dass eine gute Benetzbarkeit auf der Keramik-Polymer-Schnittstelle erreicht wurde und die verbesserten Energiespeicherleistungen durch eine geeignete Menge an Kupplungsmittel erreicht wurden. Das durch diese Arbeit entwickelte Verfahren könnte bei der Herstellung flexibler Verbundwerkstoffe eingesetzt werden, was für die Herstellung von Hochleistungsfilmkondensatoren sehr wünschenswert ist. Bereiten Sie die Lösung von KH550 mit 95 Gewichtsprozent Ethanol Wasser Lösungsmittel durch 15 Minuten Ultraschall.Behandeln Sie die BT-Nanopartikel in KH550-Lösungen durch 30 Minuten Ultraschall. Messen Sie dabei die Gewichte von KH550- und BT-Nanopartikelfüllstoffen, die mit einem, zwei, drei, vier und fünf Gewichtsprozent des Kupplungsmittels in der KH550-Verdünnungslösung mit einem Volumen von fünf Milliliterbeschichtet sind. Verdampfen Sie das Wasser-Ethanol-Lösungsmittel aus der Matrix bei 80 Grad C für fünf Stunden und dann 12 Stunden lang auf 120 Grad C im Vakuumofen.Verwenden Sie die trockenen Nanopartikel als oberflächenmodifizierte Füllstoffe bei der Herstellung von BTVC-91-Nanokompositen. Zum einen wurde die DMF-basierte Polymerlösung durch Auflösen von 0,3 Gramm Polymerpulvern in 10 Milliliter DMF bei Raumtemperatur durch ein magnetisches Rühren für acht Stunden hergestellt. Zweitens wurden die Barium-Titanat-Nanopartikel in die Lösung aufgenommen, gefolgt von 12 Stunden Rühren zu einer homogenen Suspension und 30 Minuten lang ultraschall.Bei der Herstellung wurden sowohl das unveränderte Bariumtitanat als auch das mit Kupplungsmittel beschichtete Bariumtitanat verwendet. Danach wurde die Suspension auf ein vorgewärmtes Klassensubstrat gegossen, um Filme zu machen. Drei Milliliter der Suspension wurden auf jedes Glassubstrat abgeworfen.Fünftens wurde das Glassubstrat mit Suspensionen dann acht Stunden lang bei 70 Grad im Ofen aufbewahrt, um das Lösungsmittel zu verdampfen. Sechs schließlich wurden die Cast-Filme aus dem Glassubstrat freigesetzt und freistehende Filme 12 Stunden lang bei 160 Grad In der Luft geglüht. Die freistehenden Nanokompositfolien wurden nach dem Protokoll erfolgreich hergestellt.Aus dem SEM wurde bestätigt, dass die mit einer geeigneten Menge an Kopplungsmittel behandelten keramischen Nanopartikel, die während des Gießens gleichmäßig in den Nanokompositen verteilt werden konnten; während die übermäßige Menge an Kopplungsmittel Wechselwirkungen zwischen keramischen Nanopartikeln verursachen und zur Aggregation von Füllstoffen führen kann. Bei den Nanokompositen mit geringem Füllstoffgehalt blieb die Dielektrizitätskonstante der Verbundwerkstoffe bei einer geringen Menge an Kupplungsmittel grundsätzlich unverändert und nimmt mit der künftig steigenden Kupplungsmittelmenge leicht ab. Bei den Nanokompositen mit hohem Füllstoffgehalt nimmt die Dielektrizitätskonstante der Verbundwerkstoffe mit einer geringen Menge an Kupplungsmittel negativ zu und nimmt mit der künftig steigenden Kupplungsmittelmenge stark ab.In Bezug auf den Dielektrizitätsverlust weisen die Nanokompositen mit Kupplungsmittel einen höheren Dielektrizitätsverlust auf als die Nanokompositen ohne Kopplungsmittel. Die maximalen Abbaustärken wurden ermittelt, wenn zwei Gewichtsprozent des Kupplungsmittels verwendet wurden. Bei den Nanokompositen mit einer höheren Menge an Kupplungsmittel wurde eine geringere Abbaufestigkeit festgestellt.Durch die verbesserten Abbaustärken und unsere relativ hohe Ladungsentladungseffizienz wurde die maximale Energiedichte der Nanokompositen mit einer geringen Menge an Kupplungsmittel verbessert. In dieser Arbeit wurden Bariumtitanat, das am weitesten untersuchte ferroelektrische Material mit hoher Dielektrizitätskonstante, als Füllstoffe verwendet. Das PVDF-CTFE-Copolymer wurde als Polymermatrix zur Herstellung von keramischen Polymerverbundwerkstoffen eingesetzt.Um die Oberfläche von Barium-Titanat-Nanofillern zu verändern, wurden die handelsüblichen KH550 gekauft und als Kupplungsmittel verwendet. Sie kritischen Menge des Nanokomposit-Systems wurde durch die Reihe von Experimenten bestimmt. Es wurde eine einfache, kostengünstige und weithin anwendbare Methode zur Verbesserung der Energiedichte von nanogroßem Verbundsystem demonstriert.

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Using Microwave and Macroscopic Samples of Dielectric Solids to Study the Photonic Properties of Disordered Photonic Bandgap Materials

Mit Mikrowelle und makroskopischen Proben der Dielektrische Festkörper, um die photonischen Eigenschaften ungeordneter photonische Bandlückenmaterialien Studieren

Recently, disordered photonic materials have been suggested as an alternative to periodic crystals for the formation of a complete photonic bandgap (PBG). ...

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The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Die Herstellung elektro Bridges von Polar Schlags Flüssigkeiten

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

In Situ Time-dependent Dielectric Breakdown in the Transmission Electron Microscope: A Possibility to Understand the Failure Mechanism in Microelectronic Devices

In Situ Time-dependent Dielectric Breakdown in the Transmission Electron Microscope: A Possibility to Understand the Failure Mechanism in Microelectronic Devices

In Situ Zeitabhängige Dielectric Breakdown im Transmissionselektronenmikroskop: eine Möglichkeit, die Fehlermechanismus in mikroelektronischen Bauelementen Verstehen

The time-dependent dielectric breakdown (TDDB) in on-chip interconnect stacks is one of the most critical failure mechanisms for microelectronic devices. ...

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

Herstellungsverfahren einer Silikonbasis Dielectric Elastomer Actuators

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties

Elektroaktiven Polymer-Nanopartikel Teilnahmephotothermische Eigenschaften

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step ...

Measuring Spray Droplet Size from Agricultural Nozzles Using Laser Diffraction

Mess Spray Tröpfchengröße von landwirtschaftlichen Düsen mit Laserbeugung

When making an application of any crop protection material such as an herbicide or pesticide, the applicator uses a variety of skills and information to ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

Optische Trap-Laden von Dielectric Mikroteilchen in der Luft

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

New Application of an Atmospheric Pressure Plasma Jet as a Neuro-protective Agent Against Glucose Deprivation-induced Injury of SH-SY5Y Cells

Neue Anwendung ein Atmosphärendruck-Plasma-Jet als eine neuroprotektive Mittel gegen Glukose Deprivation-induzierten Schädigung des SH-SY5Y Zellen

The atmospheric pressure plasma jet (APPJ) has attracted the attention of many researchers from multiple disciplines in recent years because its emissions ...

Determination of the Excitation and Coupling Rates Between Light Emitters and Surface Plasmon Polaritons

Bestimmung der Erregung und Kupplung zwischen Lichtemittern und Oberflächen Plasmon Polaritonen

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising ...